ALD技术工艺原理、优势及应用

面对真空镀膜多元的应用市场，镀膜技术的发展也从传统的蒸发、电子束热蒸发技术，相继发展出PECVD、ALD原子层沉积技术、磁控溅射技术等等，技术地位日益凸显。本报告嘉宾来自国内半导体设备龙头企业无锡邑文电子科技有限公司副总经理叶国光。叶总主要研究方向为化合物半导体器件与ALD原子层沉积技术，在LED，LD，HEMT与VCSEL的技术开发与ALD应用于半导体器件的技术领域颇具权威。本报告主要从半导体设备发展以及ALD技术、ALD最新应用：光学镀膜介绍以及邑文科技的国产化设备之路三方面详细介绍了ALD的设备工艺原理以及优势，重点分享了ALD设备的各项应用领域，以及如何运用在光学镀膜之上。

ALD技术工艺原理           

原子层沉积是一种化学气相镀膜方法，可获得高均匀性和保形性的超薄薄膜。基于表面控制和表面与气态前驱体之间的自饱和吸附反应。薄膜通过连续的原子层进行生长à 精确控制薄膜厚度和化学成分。真空工艺 (通常 1-10 mbar)，在中低温下 (通常100-400 °C, 甚至低至室温); 可选择等离子体增强。

原子层沉积的工艺分成四个步骤，以镀一个AB膜层为例，首先将含有A的物质放入腔体，把B的物质吸走，使得A和B在表面形成一个膜层。其次把多余的产物带走，这样等于一个原子层沉积在上面。所以这是一个表面的反应。这个工艺不管什么样的形貌都可以镀上去，这样一层一层上去，就叫做原子层沉积的技术。

ALD的优势           

一、表面控制反应：对比PVD、CVD、ALD和电镀， ALD技术不管怎么样的形貌，它都可以百分之百把它镀上去。这里有一个台阶覆盖率，尤其是一个凹槽的结构，最底层和最上面的镀膜的厚度的比例，它可以做到几乎百分之百。PVD、CVD只能做到30%到70%，所以ALD就非常有优势。

二、任何形貌的表面都可以均匀的成膜：因为它是一个表面反应，不是源反应，一般PVD、CVD是源反应，ALD是表面反应，ALD除了台阶覆盖比较强，还有一个优点就是致密性比较高、工艺温度可以很低，它可以做到50度就能成膜上去，而且成膜的致密性非常好。

ALD的最新应用：低温光学镀膜         

一、AR眼镜：ALD在AR技术里面，有一个技术叫做量子点的Micro LED。大家知道量子点很怕水汽，水汽进去它会衰减。所以现在很多人就用一些镀膜方法来防止它的水汽泄露。ALD刚好是一个非常致密的材料，可以把它包覆起来，而且可以低温的镀膜。所以低温是ALD非常好的优点，尤其做防水汽方面，对于敏感材料是一个很好的工艺工具。

AR眼镜除了光源是Micro LED以外，要把光投影到我们的眼睛的正前方则需要做一个光波导。光波导目前都是用闪耀光栅的技术，闪耀光栅是在这个工艺里面做两个斜度不一样的，大概是可见光等级刻度的光栅。光栅有的用二氧化钛刻成特定光栅图形，有的是用有机的压印胶，做完之后在上面做一个二氧化钛的低温工艺，然后进行相位的转换，让我们的Micro LED光可以投影到正前方。这个工艺具体就是用ALD来做的。

二、手机光学薄膜：目前小米的手机镜头镀膜已经使用了ALD技术。由于要达到较高的反射率，基本是用ALD技术来制作增透膜。ALD低温AR镀膜可以解决光学树脂玻璃的增透需求。苹果iPhone14也开始用ALD工艺，不断推动ALD光学镀膜取代PVD。基本上就是要做到能够跟PDD一样的效果，而且它的成本要跟PDD一样，这是一个很大的挑战。目前10cmx10cm的光学树脂玻璃可以做30片光学镜头。10%的渗透率，需要1600万片10cmx10cm光学树脂玻璃。每个月ALD需要镀膜133万片光学树脂玻璃。

使用ALD光学镀膜的效果：可以减轻鬼影现象：一般如果没有加ALD镀膜或者一般的光学镀膜，鬼影是非常大的。如果有镀膜，可以把鬼影的问题解决掉，这就是为什么高阶手机慢慢在用ALD的技术来做。

邑文科技国产化设备之路           

邑文科技是2011年成立的，在2018年开始转型做全新的自有品牌的国产设备。目前邑文有院子层刻蚀设备、薄膜、刻蚀和去胶设备。在2019年就交付了首台自研的设备，在疫情三年我们就从二手设备公司转型成为自研设备的公司。功率半导体、微显示与光学是邑文科技重点发展的领域。

小结         

邑文电子的目标是成为高端IC28nm工艺节点的设备供应商，打破薄膜刻蚀设备巨头（TEL,AMAT,LAM,ASMI）的垄断。目前基本上所有先进的工艺设备都被TEL、AMAT、LAM、ASMI等公司把控住。我们希望未来5到10年，在先进的工艺上我们能够慢慢替代这些设备。最后跟大家用5个心来共勉：沉下心、合下心、用下心，我们的“芯”很快就会放下心。

本文转载于CIOE公众号

审核编辑：汤梓红